净水厂生产废水回用.docx

1绪论1.1研究背景1.1.1水资源现状 水孕育了生命，滋润了万物，是组成生命世界、生态环境的重要自然要素;同时，水又是战略性资源，与经济、社会和城市的发展密切相关。2002年的世界可持续发展峰会把水列为五大可持续发展最优先领域的首位，水问题己经成为世界各国广泛关注的重大问题，对经济社会发展和民族兴衰具有举足轻重的作用。 我国年平均水资源总量为2.7-2.8万亿立方米，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚，位居世界第6位，但我国人均水资源占有量只占世界人均量的四分之一，是水资源最短缺的国家之一。目前，我国600多座城市中，有400多座城市供水不足，其中100多个城市处于严重缺水状态。 在水资源紧缺的现状下，我国的水资源污染严重，工业排污、农业生产和城市生活垃圾己成为水资源污染的主要原因，而且近年来我国突发性水污染事件频繁发生，有机类物质和重金属物质污染严重。最新出台的2008年中国水资源公报中显示:在河流水中，西北诸河区、西南诸河区、东南诸河区、长江区以及珠江区水质较好，而黄河区、淮河区、海河区、辽河区和松花江区水质较差;湖泊水的富营养化现象比较普遍;适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水的地下水约占23.9% 。 近年来，随着环境保护事业的不断发展以及人们环保意识的增强，人们逐渐意识到，净水厂在净水过程中所产生的生产废水，如未经处理直接排放不仅会对受纳水体造成极大的污染，而且还会浪费大量的水资源。因此，如何高效的处理并回用净水厂内的生产废水，实现生产废水的资源化，受到了广泛关注。1.1.2水质标准的提升 在WHO水质标准和发达国家水质标准不断修订的背景下，我国原有的生活饮用水卫生标准(GB5749-1985)在经历了21年之后，于2007年1月1口，新的国家标准生活饮用水卫生标准(GB5749-2006正式颁布实施。 新的生活饮用水卫生标准指标共106项。其中，毒理学指标为74项，感官性状和一般化学指标20项，微生物指标6项，消毒剂指标4项，放射性指标2项。 新标准最突出的特点是毒理学指标由原来的15项增加到74项。其中，有机化学物指标由5项增加到53项，无机化学物指标由10项增加到21项。人们的关注度由原来的有毒、有害物质和“三致物质”(致癌、致畸、致突变)扩展到内分泌感染物质，这些物质主要来自于农药类和工业排放的“三废物质”。我国不少地区的水源受农药污染比较严重，虽然有部分农药己被禁止使用，如六六六、滴滴涕和乐果等，但之前使用的此类农药短时间内很难被降解，残留的农药可能会通过各种途径进入水源。工业排放的“三废物质”对生活饮用水卫生安全具有决定性的作用，一旦饮用水中混入大量如砷、铅、铬、氟化物、硝酸盐以及氰化物等，这些有害物质会在人体中积累，当累积达到一定程度时会对人体造成危害，很多突发事件都是由此而产生的。 其次，微生物指标和消毒剂指标都有所提高。微生物指标在总大肠菌群和菌落总数的基础上，增加了耐热大肠菌群、大肠埃希式菌、蓝氏贾第鞭毛虫和隐孢子虫。消毒剂指标在液氯的基础上，又增加了一氯胺、二氧化氯和臭氧。 总体而言，生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)的颁布具有与时俱进的意义。在我国工业化和城市化进程中，大量新型的无机物和有机物被生产，这些物质若不能被合理的、妥善的处理掉，势必会成为水体中的污染物。新标准正是对这些污染物中的一部分进行了规定，将有机污染物和微生物作为控制重点，提高居民饮用水的健康性和安全性。1.2生产废水概述2.1生产废水的组成及特性 净水厂常规水处理工艺中，水厂产生的生产废水约占水厂总处理水量的4%-7%，主要包括沉淀池、澄清池的排泥水和滤池反冲洗水。排泥水大约占水厂自用水量(水厂自用水量一排泥水+滤池反冲洗水+其他用水)的42.5%。排泥水和反冲洗水的成分会随着原水的不同以及季节的变化和处理工艺的不同而有较大的差异。2.1.1排泥水 一般来说，排泥水存在大量悬浮物，总固体含量一般在0.1%-1.0%之间。排泥水中杂质的成分比较复杂，具有随水源水质、季节变化和水处理工艺的不同而变化的特点。因此，排泥水的主要成分有泥沙、腐殖质、藻类、细菌、胶体颗粒、净水过程中所加入的混凝剂(如硫酸铝、氯化铁、聚合氯化铝等)形成的氢氧化物、助凝剂(如活化硅酸、聚丙烯酰胺等)以及其他的物质(如粉末活性炭、高锰酸盐等)等。 排泥水的沉降性能因混凝剂种类不同而存在差异，铁盐混凝形成的污泥相比铝盐混凝形成的污泥更易于浓缩。相关的文献资料报道显示:铝盐混凝排泥水中的总固体含量在1000mg/L-17000mg/L之间，其中总悬浮固体占75%-90%挥发性总固体占20%-3 5%之间。排泥水的生化需氧量(BOD)一般较低，据报道其BOD5约在30mg/L-150mg/L之间，只占总生化需氧量(BOD)的30%左右。排泥水的化学耗氧量(COD)较高，在5OOmg/L-1 5OOOmg/L之间，我国大多数水厂排泥水的COD值在470mg/L-2500mg/L之间。陈有军和梁再辉等人对北方某自来水厂的排泥水水质检测发现:排泥水中的TOC浓度、Fe, Mn及AI的含量均高于原水。特别是Fe的含量，由于使用的是FeCI3作为混凝剂，致使排泥水中Fe的含量远远的高于限值(0.3mg/L)。 由上述文献陈述也可以得知，排泥水中不仅含有大量的泥沙、胶体等悬浮颗粒，而且还含有较高浓度的有机成分以及铁、铝等氢氧化物。2.1.2滤池反冲洗水 滤池是水处理工艺中的一道重要的屏障，可截留大部分的颗粒物。截流下来的颗粒物经过反冲洗之后进入到反冲洗水中。滤池反冲洗水在净水厂生产废水中所占比例较大，约占水厂自用水量的57%。滤池反冲洗水主要由有机污染物、悬浮物和一些化学药剂的残留物组成，泥砂含量相对较低，一般含固率仅为0.02%-0.05%，其排放量的变化相对比较均匀。 滤池反冲洗水的成分是随着原水水质、滤池前面所采用的水处理工艺、滤池的设计运行情况、滤料、反冲洗方式及强度等条件的不同而变化的。一般来说，反冲洗废水中包含大量的有机物、金属离子、病原微生物(如贾地鞭毛虫和隐抱子虫)、原水中的颗粒以及混凝过程中的絮状物等。美国水工业研究基金会（AWWARF)的一项研究表明:滤池反冲洗废水中贾地鞭毛虫和隐抱子虫的浓度大约是原水的16倍和21倍，而DOC和TTHMs分别是原水的2倍和92倍。滤池反冲洗废水中还可能含有Fe, Mn, Al及TOC等。陈有军等人的研究结果显示:反冲洗废水中Fe, Mn, Al的浓度分别大约是原水的92倍、118倍和52倍。当然，不同阶段的反冲洗水的水质也是不同的。研究发现16:在反冲洗初期，反冲洗废水的浊度可高达1 5ONTU-400NTU;而在反冲洗后期，浊度可降低到1 NTU-7NTU 。Kawamura的研究表明:常规水处理工艺的滤池反冲洗水浊度在1 5ONTU-250NTU之间。我国典型工艺的滤池反冲洗废水浊度一般在7NTU-15ONTU内变化。大量数据表明，反冲洗废水中各种有机物、金属离子及病原微生物等各种污染物的浓度较原水都有了很大的富集。2.2生产废水的危害近年来，随着社会经济的快速发展，净水厂数量不断增多，处理规模也不断扩大，同时净水厂产生的生产废水量也与口俱增。大量未经处理的生产废水直接排放，不仅会造成水资源的极大浪费，而且还会对水环境产生极大的危害。 净水厂生产废水中含有大量的泥沙和悬浮颗粒，直接排入水体会改变水体原有的水力条件，造成泥沙淤积，妨碍航运和泄洪;若直接排入市政管网，则会增大污水处理厂的运行负荷，也可能会造成下水道的堵塞。另外，生产废水中一般都含有铁、锰、铝等金属元素以及有机物和病源微生物，且其含量一般较原水高出了几倍甚至是几百倍，直接排入水体势必对水体产生巨大的污染。再者，生产废水的直接排放不仅瞬间增加了受纳水体的冲击负荷，而且也是对水资源的极大浪费。 现如今有些水厂的生产废水没有直接排放，而是未经处理直接回流。当然，直接回流从水资源的循环利用角度来说是非常可取的。但生产废水不经处理直接回流有以下危害:首先，生产废水的回流量若控制不当，水力负荷有可能骤然增大，进而影响出水水质。其次，这样的回流方式存在有机物、金属离子及微生物在水处理过程中不断累积的风险。因此，针对净水厂生产废水的技术开发和工艺研究显得尤为重要。 生产废水成分的复杂多样会对生产废水的处理效果产生影响，主要影响有:1）生产废水中的无机颗粒粒径会对污泥脱水性能产生影响。颗粒粒径越小，相应的污泥沉降性能越差，污泥颗粒中的结合水和吸附水含量将越高，使得污泥脱水性能将越差。2)污泥中的有机物和藻类会对污泥浓缩和污泥脱水性能产生影响。污泥中有机物的亲水性，会使得污泥絮体中的吸附水含量变高，进而影响生产废水的调质效果。污泥中藻类的存在则会使污泥颗粒性质发生改变，容易导致污泥发酵变质，从而具有粘性，一般藻类密度较小，越容易导致污泥的沉降和脱水性能变差。3)污泥中铝盐的存在会对污泥沉降性能产生影响。净水厂水处理工艺中如投加铝盐作为混凝剂，相应地沉淀池或澄清池排泥水中的铝含量会变大，从而影响污泥的沉降性能。1.3生产废水处理技术 净水厂的生产废水处理技术在国外起步较早，如法国、英国和日本等。早期的净水厂生产废水处理工艺，基本上是按照污水处理厂的污水和污泥的处理方法来设计的，并没有综合考虑净水厂生产废水独有的特点。近年来，随着生产废水处理技术的不断发展，法国、英国、口本和欧美等一些发达国家的净水厂一般均配置有较完善的水处理和生产废水处理设施。这些处理工艺一般具有以下特点:1）都具有调质、浓缩、脱水和处置四道基本工序，是一个相对较完整的生产废水处理系统;2)都以不同方式在污泥浓缩和脱水前增加了前处理。我国在净水厂的生产废水处理方面起步较晚，但近年来随着经济的发展和人们环保意识的不断增强，在生产废水处理方面己经有了长足的进展。3.1常规处理工艺纵观国内外净水厂生产废水处理工艺，一般包括以下几个部分:水量或水质调节一污泥浓缩一污泥调质一污泥脱水一泥饼处置。其中，不同的是各道工序的具体处理方式存在差异，主要体现在浓缩、脱水、预投加药剂等方面。但是，都是如图1.1所示的三种工艺方式及其工艺变形。 在图1.1中的生产废水处理工艺流程中，流程一:反冲洗水水质较好，满足回用水或者废水排放标准的要求，不需要工艺处理，可以直接回用或者排入河流，而排泥水需要进行一定的工艺处理;流程二:排泥水经浓缩脱水之后，上清液与反冲洗水混合，然后进行工艺处理，上清液回用或者排放，沉淀下来的污泥与排泥水进行混合，一起进行浓缩脱水。流程三:排泥水和反冲洗水首先进行水量和水质混合，进入泥水浓缩脱水，上清液回用或者排放。此方法适用于滤池反冲洗水不满足于回用水或者废水排放要求，同时，又不能进行单独机械脱水。三种工艺流程均将排泥水进行浓缩脱水，反冲洗水上清液回流与原水混合，进入净水厂工艺流程，或者直接进行上清液排放。3.1.1调节 在净水厂的口常生产运行中，水厂的生产废水排放都是间歇而非连续的，生产废水的水质受原水影响较大，因此，生产废水在水质和水量上都会发生很大的波动。为了减轻水量和水质对水处理工艺负荷的冲击影响，确保净水厂生产废水处理构筑物的均衡运行以及水质的相对稳定，需要对水量进行调节，对水质进行混合，一般都会在浓缩池前设置调节池。调节池可分为排泥池和排水池。通常收集排泥水的调节池被称为排泥池，收集滤池反冲洗水的调节池则称为排水池。 当生产废水水质相对比较稳定时，只须设计水量调节池，对生产废水在水量上进行调节，以保障后续处理工艺在运行时能够得到稳定的进水量。当生产废水的水质波动较大时，为了减轻水质变化对后续处理工艺的冲击，需增设一定的混合搅拌设施，对水质进行均匀调节。 净水厂生产废水中的污染物大多来自原水中的悬浮物、胶体物、溶解性物质以及所投加的药剂(主要为混凝剂和助凝剂)，生产废水的水质成分一般变化不大，主要变化在污染物浓度上。但是，由于沉淀池排泥和滤池反冲洗都是周期进行的，因此生产废水在水质和水量方面都有不稳定性，为了减轻此冲击负荷对污泥浓缩效果的影响，需对生产废水的水质和水量进行调节，以保障浓缩池进水负荷的均匀稳定。 目前，一般通过修建调节池来对水量和水质进行调节，调节池主要有合建式和分建式两种形式。将沉淀池排泥水和滤池反冲洗水收集到同一构筑物进行混合调节的，称为合建式;将沉淀池排泥水和滤池反冲洗水分别收集到不同构筑物进行混合调节的，称为分建式。在分建式处理中，排泥水不会受到反冲洗水的稀释，有利于排泥水的浓缩处理。同时，由于反冲洗水水量较排泥水要大，且排放时间短，会产生冲击负荷。因此，分建式处理能够减小水量对浓缩池的冲击负荷。.3.1.2污泥浓缩 污泥的浓缩是净水厂生产废水处理工艺中最关键环节之一。污泥浓缩技术的改革与创新从某种程度上来说直接决定着生产废水处理工艺的优劣。净水厂生产废水的含固率一般很低，仅在0.05%-0.5%左右。而污泥浓缩的主要作用就是最大化的提高排泥水的含固率，减小污泥体积，进而减小后续处理设备的处理负荷。对于那些含水率高的生产废水浓缩较为困难，为了提高泥水的浓缩性，可投加絮凝剂，石灰、酸等或者设置二次浓缩。 常见的浓缩单元主要有:重力浓缩池、气浮浓缩池、微孔浓缩池和隔膜浓缩池等。在这以上几种浓缩池中，重力浓缩池因具有工艺结构简单、运行稳定可靠、运行成本低等优点而被广泛使用。常见的重力浓缩池形式有辐流式浓缩池、上向流斜板浓缩池以及上向流斜管浓缩池等。根据进泥方式的不同，浓缩池可分为间歇进泥和连续进泥浓缩池两种形式。当污泥量较少时，可采用间歇进泥的方式，而污泥量较多时，可采用连续进泥的方式进行浓缩。 目前，净水厂生产废水处理中的污泥浓缩大多采用重力浓缩，即通过重力作用实现自然沉降分离。大量文献显示，影响污泥重力浓缩效果的因素主要有：1浓缩池的有效水深。一般有效水深越大，对污泥产生的压力就越大，污泥压缩效果就越好;2)浓缩池污泥的堆积厚度。一般污泥堆积厚度越大，下层污泥收到的压力也就越大，越有利于污泥浓缩;3)浓缩池污泥的初始浓度。当生产废水在浓缩池内的水力停留时间相同时，初始污泥浓度越大，经重力浓缩后的污泥浓度也就越大;4)浓缩池内的搅拌强度。适宜的搅拌强度，对污泥絮体的絮凝性能有利，往往过大的搅拌强度，会破坏絮体的凝聚性能，从而影响污泥絮体的沉降性能;5)温度。絮体的沉降速度在沉降过程中的各个阶段都与水的粘度成反比，而水的粘度随温度升高会降低，所以温度升高会使污泥絮体的沉降速度增大。但是，絮体的沉降速度与温度变化不是成简单的线性关系，温度的变化还会影响到絮体的絮凝状态，从而影响絮体的沉降性能。 传统的重力浓缩池或气浮浓缩池都存在着水力停留时间长、污泥负荷低以及浓缩后污泥的含水率较高等问题，浓缩效果和效率都不是很理想。针对以上问题，国内外研究人员进行了大量研究，并在传统浓缩技术的基础上，研发出了一批浓缩效果和效率都相对比较理想的新型高效浓缩池。 (1)Lamella浓缩池 Lamella浓缩池是一种横向流斜板污泥浓缩池，主要分为两个区，即上层的斜板浓缩区和下层的污泥压密区27，具体如图1.2所示。Lamella浓缩池具有以下优点: 1斜板浓缩区的存在使得污泥分配更加均匀，有效避免了出现异重流的现象;2)污泥压密区的存在使得污泥层处于相对静止的压密状态，从而避免了浓缩池受进泥冲击的影响。 ( 2) Densadeg高密度澄清池 Densadeg高密度澄清池是由法国得利满公司开发研制的，此浓缩池主要由混合区、反应区、斜管沉淀区和污泥浓缩区组成，具体如图1.3所示。进水加药后在混合区内实现药水的完全混合，混合后的泥水与回流污泥一起进入反应区，在此加入助凝剂，经絮凝反应后进入澄清区。此工艺具有出水水质稳定，处理效率高，抗冲击负荷能力强等优点。 (3)SURAFLO高速浓缩池 SURAFLO高速浓缩池是由澳大利亚研发的一种较为先进的重力浓缩池。其浓缩机理主要为:在进入浓缩池的污泥中加入一定量的絮凝剂，加药污泥从池底的导流锥呈20-45度注入到污泥层中，悬浮物被截留在污泥层内，通过污泥层滤出的上清液经溢流堰汇入集水槽内，泥浆层的上半部分处于悬浮状态，下半部分污泥经浓缩后由排泥管排出。此高速浓缩池弥补了传统浓缩池自由沉降缓慢的工艺缺陷，具有占地面积小、运行效率高和运行管理方便等优点。 除了以上介绍的三种高效浓缩池外，目前还有比较先进的一体化污泥浓缩设备，以及当一次浓缩效果较差时采用的二次浓缩法。以上这些浓缩工艺都各有特点，根据净水厂的水质特点选择合适的浓缩工艺对于提高净水厂生产废水的处理效果是至关重要的。3.1.3污泥调质 污泥调质是生产废水在浓缩和脱水之前进行的预处理。污泥调质的主要目的有 : 1改善污泥的沉降性能和脱水性能，通过调质过程使污泥絮体更易沉降、浓缩和脱水;2)稳定污泥的脱水性能，防止脱水过程中过滤介质的堵塞。在净水厂的生产废水处理工艺中，污泥浓缩前一般不进行污泥调质，而在污泥脱水之前必须进行污泥调质。 污泥调质主要分为加药剂调质和不加药剂调质两大类。加药剂调质主要有投加酸调质、碱调质、石灰调质以及高分子絮凝剂调质;而不加药剂调质主要有热调质、冰冻冰解调质以及天然干化处理等几种方式。 目前，在各种污泥调质方法中，投加高分子絮凝剂PAM应用最为普遍。应用高分子絮凝剂PAM改善污泥脱水性能的机理作用主要为:1)去水化作用。胶体物质与高分子絮凝剂间发生活性反应而形成络合物，将亲水胶体物变为憎水胶体物，从而实现絮凝;2)电中和作用。胶体颗粒因具有电性而能够相对稳定的悬浮于水中，加入与胶体颗粒带相反电荷的高分子絮凝剂后，能够压缩胶体颗粒的扩散层，使胶体颗粒发生脱稳，从而提高凝聚性能;3)吸附架桥作用。投加高分子絮凝剂后，通过氢键的吸附作用以及某些官能团的架桥作用，将多数小颗粒物或者两个异电荷的大颗粒连接在一起形成大颗粒，从而实现污泥絮体的脱稳沉降。三种作用的强弱主要取决于投加的高分子絮凝剂PAM的类型以及净水厂中调质污泥的性质。3.1.4污泥脱水 污泥脱水是污泥处理另一个非常重要的环节，脱水可将流动性质的泥水转变为不具流动性、可进行处置的泥饼。净水厂生产废水经过污泥浓缩后，含水率大概在95.0%-98.5%之间，仍然很高，需要通过污泥脱水将浓缩污泥的含水率进一步降低到75%以下。 污泥中所含的水分主要由四部分组成:处于污泥颗粒间的游离水、毛细水、颗粒表面的吸附水和颗粒的内部水。游离水约占污泥水分的70%，毛细水约占20%，吸附水和内部水两者约占10%。复杂的污泥组成结构使得其与水的亲和力较强，毛细水、吸附水和内部水较难脱水去除。在正常的污泥脱水后，为了方便泥饼的处理和处置，脱水污泥的含固率一般要求大于20% 。 净水厂的污泥脱水一般分为非机械脱水和机械脱水两种方式。非机械脱水主要有污泥干化和污泥塘两种方法，由于其应用范围有限，一般用的很少;而机械脱水法主要有带式压滤脱水法、板框压滤脱水法、离心脱水法、真空过滤脱水法和螺压脱水法等。 离心机脱水方式的优点主要有:1)离心设备占地面积小;2)能够进行全自动连续运转;3)新型离心机能够适用于各种污泥脱水;4)污泥在密封系统中处理，污泥车间的卫生条件好。缺点主要有:1)由于设备高速运转，容易产生磨损，需要经常维护，维护费用较高;2)噪音大，电耗也较高。 带式压滤机的优点主要有:1)能够连续运行;2)电耗小;3)污泥脱水效果好。缺点主要有:1)跑泥现象严重;2)污泥车间卫生条件较差;3)对污泥调质要求高。 板框压滤机的优点主要有:1)能适应各种条件下的污泥;2)污泥脱水效果好，泥饼含固率较高。缺点主要有:1)只能间歇运行;2)污泥车间的卫生条件较差;3)实现污泥脱水自动化运行较困难;4)设备复杂，电耗高。 近年来，随着科学技术的迅速发展以及各国对环境保护的日益重视，管理运行简便、脱水效率高、自动化程度高的机械脱水方式在净水厂内得到广泛应用。据资料显示:西欧国家平均有69. 3%的浓缩污泥进行了脱水处理，其中进行机械脱水处理的污泥占有51.4%，而离心机、板框压滤和带式压滤机分别占21.7%,15.8%和11.4%，其它机械脱水方式则占2.5 % 。1.3.1.5泥饼处置 泥饼处置是净水厂生产废水的最后一道处理工序。生产废水经浓缩脱水后，实现了泥水分离，但是只有对分离上清液和脱水泥饼进行妥善处置后，生产废水的处理任务才能算是完成。上清液的处置比较简单，通常对其进行回用或者直接排放到河流中，分离后的上清液水质基本能满足排放水的标准要求。比较困难的是脱水污泥的合理处置。 污泥的处置方式主要有卫生填埋和有效利用两种主要方式。卫生填埋，是污泥处置广泛采用的方法，将净水厂的脱水污泥用作垃圾填埋场的表层覆土，和城市垃圾处理场的生活垃圾一起填埋。但是，卫生填埋技术应该符合相关的城市生活垃圾卫生填埋技术标准的规定要求。用于填埋的污泥主要考察污泥本身的土力学性质和填埋后对周围环境可能产生的影响。 随着土地资源的日益紧张，许多国家的净水厂和相关环保部门，一直在致力于用污泥有效利用的研究，包括污泥砖、建筑材料、陶瓷和工业原料等。但是，这些研究很多还处于试验阶段，污泥的资源化利用还存在污泥品质、成本和数量短缺等方面的不足。从环境保护的长远角度来看，污泥的资源化利用会有广阔的前途。因此，如何将污泥利用简单化、实用化、无害化，是一个函待解决的问题。 综上所述，不同净水厂应根据自身的工艺和水质特点，进行综合考虑，确定出适合于本水厂的水量/水质调节方式、污泥浓缩技术、污泥调质方法、污泥脱水设备以及脱水污泥的处理和处置方式。1.3.2超滤膜工艺 膜处理技术被称为“二十一世纪的水处理技术”。近30年来，膜技术在全世界范围内得到了迅速的发展，根据不同的膜分离孔径和作用特点，将不同膜分离技术应用到不同领域。超滤、微滤属于低压膜分离过程，在水的除浊和灭菌方面都具有良好的效果，但是，超滤分离物质的范围比微滤更广泛，同时它使用的压力远远低于反渗透和纳滤、并且产水量大，更便于操作，在饮用水处理领域中具有很强的应用优势。 超滤膜能够将溶液净化、分离或者浓缩，孔径为O.OO5um -O.lum，能够过滤去除水中的微粒、胶体物质和细菌，去除率可达99.9%，渗透压小于0.1 MPa，出水浊度0.2NTU SDI3。超滤膜材料通常主要包括:聚飒、聚醚飒、聚丙烯睛、聚偏氟乙酸和聚氯乙酸。与传统的常规工艺相比，超滤的优点:能完全截留去除悬浮物和微生物，对“两虫”也可以达到5个log的去除率。过滤效果不受原水水质影响;能够去除耐氯的细菌;超滤的浓缩液中只含有原水中含有的物质;超滤中沉淀物的量明显减少;支架的紧凑结构提高了空间利用率，节省费用;在现有的厂房中，可以高度灵活的增加装置配备;可以完全自动化。但由于膜技术在净水厂生产废水处理中的应用还不是很广泛，许多方面有待进一步的深入研究，特别是在膜污染的缓解和控制方面。 超滤膜是依托超滤膜组件而实现物质分离的，常用的膜组件有板框式、毛细管式、管式、卷式和中空纤维。在工程应用中，中空纤维膜与其他几种膜组件相比较，其直径纤细，在单位体积组件内可以提供更多的膜面积，因此，过滤分离效率高，可提供的水通量较大，从而提高了膜组件的效率，降低了包括材料与运转费用等因素在内的消耗。按进水方式的不同，中空纤维超滤膜又分为内压式和外压式两种。按照超滤膜制作方式的不同，可以将中空纤维膜分为浸入式和柱式两种。1.4生产废水回用处理的国内外研究现状1.4.1国外现状 净水厂的污泥处理一直被市政工程人员所忽略，工程师们一般把更多的目光集中在了污染物浓度较高的生活污水和工业废水治理上。最早(20世纪30年代)进行净水厂排泥水处理研究的是在美国芝加哥的实验性自来水厂。美国给水协会并于1946年，组成一个工作委员会，对生产废水开始了调查和研究. 20世纪50-60年代，工程设计人员通常是利用污水和污泥处理方法来对净水厂生产废水进行设计和应用。随着净水厂生产废水数量增加和水质下降，欧美等发达国家逐渐展开对净水厂生产废水处理技术的研究，分析净水厂生产废水和制水工艺间的关系，对净水厂排泥水与污水处理厂排泥的异同进行了较为细致的对比分析，并相继建设了净水厂生产废水处理设施。 20世纪70年代，美国联邦政府颁布了水污染控制法，制定了水厂污泥处理处置的规划及标准，为后来十年的污泥处理指明了具体方向。20世纪70年代后期，带式压滤机、板框压滤机和离心脱水机等一批新型污泥脱水设备在实际工程中得到广泛的应用，同时也推动了净水厂机械脱水方式的多样化。这一时期，对污泥处理的研究逐渐深入，涉及污泥干化床、污泥浓缩、有机高分子絮凝剂、污泥调节、污泥性质、污泥处理工程实例以及药剂回收等。 英国在20世纪70年代末期开始推广板框压滤机对污泥机械脱水的应用。日本在20世纪60年代就己拥有了铝盐回收系统，尽管工艺成熟性和经济性存在缺点，但其对于排泥水处理的研究仍处于当时的领先地位。1976年日本颁布法律规定，日供水能力在万吨以上的净水厂禁止将厂内的生产废水直接排至河流，必须配备生产废水处理设施。同时期，逐渐成熟的污泥脱水技术得以应用，例如:在日本横滨西谷水厂，先将排泥水排入蓄污池，然后通过底部污泥泵将其泵入浓缩池，经过一段时间的沉降后，底部污泥得以浓缩，最后进行污泥脱水，这也是现在普遍采用的工艺。 随着超滤技术在微污染水处理中显示出的优势以及出水水质的稳定性，研究者逐渐开始研究超滤技术对水质较差的生产废水的应用研究。膜工艺用于净水厂生产废水处理最早始于1991年的澳大利亚。 1995年，荷兰使用内压式的超膜滤(PES膜)处理滤池反冲洗废水，试验结果表明，超滤膜是一种高效可行的滤池反冲洗废水的处理方式，且此方法只需采用一个步骤就能将滤池反冲洗废水中的铁、锰含量降低到饮用水指标以下。 1996年，荷兰在己有的研究基础上进行了最大负荷为120m3/h的长期生产性试验，试验结果表明:死端超滤是一种适宜且经济的处理滤池反冲洗废水的方法。美国海德能公司与英国的Julie Allam等人合作研究了PES膜对生产废水的处理情况，其研究除了发现膜滤对生产废水的浊度和病源微生物有高去除率外，他们还发现此工艺对色度的去除效果并不佳。因此，他们提出了以较大中空纤维直径的超滤膜取代PES膜。1998年Rochem膜公司和IVT研究院在德国S TAWAG的Hitfeld水厂旁边建立了一个中试性处理厂，研究结果表明，超滤膜处理滤池反冲洗废水有很高的效率和可行性。 随着超滤膜技术的不断应用，国外学者对超滤处理净水厂生产废水的影响因素也进行了一系列研究。Mores等对反冲洗周期和反冲洗时间对净产水率的影响进行了研究，周期反冲洗可以恢复膜通量，减少膜污染，周期反冲洗的净通量是无反冲洗时的6倍。Mugnier等研究了反冲洗时间和反冲洗压力对由高岭土形成的滤饼层去除的影响，通过参数优化得到最佳产水量。1.4.2国内现状 与国外相比，我国的净水厂生产废水处理研究起步相对较晚。最初，工程人员对净水厂生产废水的危害认识不足，错误的认为其组成成分与原水组分相近，对环境危害影响甚微而未作处理，直接将其排入河流和湖泊。 随着国民环境保护意识的提高，对饮用水水质要求不断提高，同时净水厂水源受到污染，原水水质恶化，净水厂面临常规工艺出水越发难以达到饮用水卫生标准等难题，特别是近些年城市化规模的日渐扩大，净水厂的排泥引出的问题也呈突出态势，也引起了我国政府的高度重视。随着中华人民共和国水法和中华人民共和国水污染防治法等一系列水资源保护法律、法规的颁布实施，对净水厂污泥进行无害化处理被提上议事日程，排泥水处理己成为了国内城市供水行业的重要任务之一。 近十年来，国内学者对于生产废水课题的研究越来越多、对排泥水和反冲洗水的性质也越来越了解，在浓缩、脱水等工艺中涌现了许多令人可喜的成果，其中对排泥水调理剂，脱水方式研究尤为显著。 许嘉炯和沈玉琼等分别对上海的长江水源水厂和黄浦江水源水厂的生产废水处理进行了系统研究，不仅掌握了排泥水和滤池反冲洗水的浓度变化规律，还系统的研究了排泥水和反冲洗废水投加聚丙烯酞胺(PAM)后的污泥沉淀性能，并提出将PAM作为排泥水浓缩处理药剂的建议。 邓慧萍等也采用了有机高分子絮凝剂PAM对上海净水厂排泥水进行处理，研究发现污泥调质是通过增大污泥颗粒尺寸来提高污泥脱水性能的。杨崇豪等对污泥调理剂进行了研究，发现电厂粉煤灰可大幅度降低污泥比阻，最佳投加量是细粉煤灰20g/100mL，粗粉煤灰30g/100mL 。 乐文健等采用高效固液分离技术对净水厂排泥水进行了中试试验研究，并取得了稳定的运行效果，出水浊度小于5NTU，当进水SS为300mg/L时，确定了最佳的PAM和PAC投加量，最大上升流速可达65cm/min -70cm/min，处理水量最高可达5.44m3/h 。 1999年至今，黄廷林等人一直致力于高效上向流造粒流化床工艺处理排泥水的试验和应用研究。研究结果表明，与传统处理工艺相比，造粒流化床工艺在排泥水的处理过程中，具有处理效率高、污泥的浓缩性能好、工艺占地面积少以及管理方便等优点。在中试基础上开发的上向流造粒流化床设备己经在部分净水厂得到推广应用，如天津市杨柳青水厂、西安市曲江水厂以及深圳市梅林水厂等。 在工程应用中，排泥水处理设施得到了很大的推广应用。北京第九水厂是国内较早采用板框压滤机对生产废水的浓缩污泥进行脱水处理的净水厂。厂内产生的污泥通过重力作用经配泥井流至排泥池。排泥池上清液经泵提升后回流至原水混合池，与原水一起进入制水工艺;排泥池底部污泥经浓缩池浓缩后，经脱水机脱水后制成泥饼外运。2002年投产后不久，日均处理污泥量即可达到1.8 X 104m3,上清液回收利用量达1.6 X 104m3。 马若云等对广州市某给水车间含有高悬浮固体颗粒物的排泥水和反冲洗水进行治理，通过沉淀浓缩、离心机脱水等工艺处理后，使沉淀池出水悬浮固体颗粒物降低到7mg/L，污泥含固率达到30%。 2004年底长沙市第八水厂采用不加药脱水系统对排泥水进行处理，污泥经浓缩、贮泥、脱水后，泥饼含固率高于45%，该系统具有卸泥方便，自动化程度高等特点。同年大连沙河口净水厂对厂区排泥水进行了浓缩、脱水处理，水处理费用为0.029元/吨。 国内对于反冲洗水回用处理的研究在北京、天津、上海、长沙、深圳等几个大城市中较早的进行，研究方向主要集中在反冲洗水降浊、调节回流比来减少对原工艺的影响以达到节约水资源、降低制水成本的目的。韩宏大、何文杰在天津市新开河水厂进行的反冲洗水直接回用的生产性试验表明，回用水比例在7.7-14.8%之间时，虽使出厂水水质略有下降，但仍可满足国家水质标准，同时，年节水可达1241万m3，直接经济效益达496.4万元。此后随着研究的深入，对水中的细菌总数、消毒副产物、药剂残留也进行了一定研究。陶辉等研究反冲洗废水回用对出水水质的影响因素。结果表明，回流比例是影响出水水质的主要因素，当回流比例小于10%时，出水TOC不受影响。 近几年，国内有关膜工艺处理净水厂生产废水的研究逐渐增多，而且不断深入。 潘名宾等采用超滤膜对净水厂反冲洗废水进行了研究。结果表明，超滤可以有效去除反冲洗废水中的浊度、铁和有机物，出水水质稳定，经膜处理后THMFP显著降低。 岳军武等人采用浸入式中空纤维超滤膜处理净水厂沉淀池排泥水，其中，运行压差40kPa，最大反冲洗压力20 kPa。结果表明，超膜过滤处理对排泥水浓缩效果优于重力浓缩池，污泥含水率98%，运行中膜通量达 0.3 8m3/(m2d)，且出水浊度在0.35 NTU以下，优于国家饮用水标准，可大大降低回用水安全风险。 单文广等采用浸入式中空纤维膜对平均浊度为1000NTU的净水厂生产废水处理效果进行研究，结果表明，高浊度净水厂生产废水经超滤处理后，膜出水水质依然可以达到饮用水标准，水质稳定;超滤系统化学清洗周期为80d，膜通量可恢复97% 。 高国伟、曹占平等人相继进行了超滤膜工艺对排泥水上清液和滤池反冲洗废水处理效果的研究。研究结果均表明:超滤膜不仅对生产废水的浓度有很好的适应性，而且对水厂生产废水中的悬浮颗粒、病原微生物(特别是对“两虫”)等均有很高的去除率，被认为是净水厂生产废水回用较安全可靠的方法。 净水厂生产废水的处理并回用尽管增加了制水的总成本，但在废水的资源化利用以及改善环境方面具有重大的意义。1.5生产废水回用风险的国内外研究现状 净水厂生产废水的回用具有节约水资源和保护环境的双重意义。但是，生产废水中富集了原水中大量的污染物、微生物以及投加的药剂，即使经过生产废水处理工艺，回用可能会对现有水处理工艺稳定性和出水水质产生影响，产生一定的饮用水安全风险。因此，随着生产废水回用的逐渐推广，生产废水回用安全需要引起供水行业的重视。 按照水质和水处理工艺的特点，生产废水回用可能造成安全风险的指标可能包括浊度、铁、锰、铝、有机物和微生物。其中，据有关调查报道显示，排泥水和滤池反冲洗水中的贾第虫抱囊和隐抱子虫卵囊明显高于原水含量，而贾第鞭毛虫和隐抱子虫又具有极强的抗氯性。美国自1984年以来爆发的12次与饮用水有关的隐抱子虫病，其中3次就与滤池反冲洗水回用有关，这逐渐引起人们对生产废水回用病原微生物安全性的关注。5.1国外现状 最初，国外学者主要研究滤池反冲洗水对主体水处理工艺的影响。研究结果显示:反冲洗废水的回用会对颗粒物质和微生物卵囊的增加，运行水力负荷的加重和混凝过程中的化学性质有潜在的影响。 国外许多学者的研究表明，滤池反冲洗水浓缩了“两虫”和其他能够对消毒剂有抵抗性的病原体。一份来自美国的专题报告指出，净水厂生产废水中的原生动物包囊含量明显高于原水中的，而且生产废水经处理回用后，还会增加滤池出水中铁、锰、氨氮以及消毒副产物等风险物质的含量。但如果在回用前经过澄清沉淀，去除生产废水中的悬浮物，这样能够有效降低回用水对净水厂出水水质的影响。 Cornwell等人的研究表明，如滤池反冲洗水未经处理而直接回用，会造成净水厂进水中的颗粒物数量急剧升高，沉淀池出水中的颗粒物数量同样也有一定程度的升高，但经过滤池过滤后，滤后水中的颗粒物数量无明显变化。 Carlson等人的研究指出，生